[發明專利]一種基于形狀控制反問題的河流水質過渡區長度確定方法

有效

• 申請號: 202110307038.3
• 申請日: 2021-03-23
• 公開（公告）號: CN113158428B
• 公開（公告）日: 2021-12-17
• 發明（設計）人: 劉曉東;趙麗;華祖林;陳露瑩;王鵬;褚克堅
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F111/08;G06F111/10
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 向文

本發明公開了一種基于形狀控制反問題的河流水質過渡區長度確定方法，包括以下步驟：進行水文頻率分析，判斷河流水流為恒定均勻流還是非恒定均勻流；計算獲得水質過渡區長度；判別水流流向，若水流為單向流，將水質過渡區長度L確定問題轉化求解形狀反問題，建立基于形狀反問題的水質過渡區長度反演模型，確定水質過渡區長度；若水流為雙向感潮河流，則轉向下一步驟；采用如下步驟計算雙向感潮河流的水質過渡區長度。本發明為河流型水源地二級保護區水域范圍的劃分提供關鍵技術支撐和科學依據，可推廣應用于水源地保護、水功能區劃、水環境綜合整治、水安全格局優化以及水資源有效保護和合理利用等規劃設計與研究管理工作。

技術領域

本發明屬于水環境規劃與管理技術領域，涉及河流飲用水源保護區范圍劃分技術，具體涉及一種基于形狀控制反問題的河流水質過渡區長度確定方法。

背景技術

飲用水源安全問題，是關系到人民群眾身體健康和生命安全，關系社會穩定，關系民生的一件大事。水源保護區設置已成為當前國內外應用得較多的一種地表水源規劃管理技術。飲用水水源保護區可按水體特征分為地表水源保護區和地下水源保護區，地表水源保護區又可分為水庫水源保護區、湖水水源保護區及河流水源保護區，劃分的模式和經驗多取自地下水源保護區。由于國外飲用水源以地下水為主，地下水水源保護區的劃分研究得相對比較充分，然而在我國地表水水源占有較大比重，尤其在平原地區，地表水源是主要的供水水源。由于地表水源保護區的劃分研究成果相對較少，可資借鑒的國外經驗較為缺乏，因而目前我國地表水源保護區劃分存在劃分隨意、科學性較差的特點，大多沒有經過科學計算，保護區作用不能得到充分發揮。為此，國家環保總局于2007年頒布了《飲用水水源保護區劃分技術規范》(以下簡稱《規范》)，統一了地表水飲用水源保護區和地下水飲用水源保護區劃分的基本方法。根據該《規范》，河流型保護區設置了不同要求的三類保護區，即一級、二級和準保護區，如圖1所示。其中一級保護區的范圍規定較明確，而準保護區根據需要設置，范圍確定方法可參照二級保護區的劃分方法，同時由于保護區的寬度在《規范》中有較明確的規定，因此二級保護區的水域長度沒有明確的規定，需要研發相關劃分技術。關于河流型水源二級保護區的水域長度確定的主要依據有：

(1)水域長度范圍內水質應滿足GB3838-2002Ⅲ類水質標準的要求，并保證流入一級保護區的水質不得低于一級保護區水質標準的要求；

(2)二級保護區上游側邊界到一級保護區上游邊界的距離應大于污染物從GB3838-2002Ⅲ類水質標準濃度水平衰減到Ⅱ類水質標準濃度所需的距離。

(3)一般河流水源地，二級保護區長度從一級保護區的上游邊界向上游延伸不得小于2000m，下游側外邊界距一級保護區邊界不得小于200m。

可見，進行二級保護區劃分，應首先確定Ⅲ類水質過渡到Ⅱ類水質所需的距離，該距離不妨稱為水質過渡區長度，以保證流入一級保護區的水質不低于Ⅱ類。理論上講，保護區的范圍劃的越大，對水源地的保護作用就越明顯，但是由于受土地利用、經濟發展等因素的制約，地方政府希望劃定的保護區的范圍盡可能小。因而實際劃定的保護區范圍常常依據滿足水質過渡要求的最小范圍。可見水質過渡區距離的計算是水源二級保護區范圍確定的基礎性工作，是水源二級保護區長度確定的重要依據。對于單向河流，下游水質不會影響上游水質，二級保護區長度主要是確定二級保護區Ⅰ的長度，即二級保護區上游側邊界到一級保護區上游邊界的距離，故只需要計算取水口一級保護區上游的水質過渡區長度。而對于感潮河流，由于水流是雙向的，則需要分別確定一級保護區上游和下游的水質過渡區長度，參照圖2。因此，需要根據河流水文特性的差異提出相應的水質過渡區長度確定方法。

水源保護區設置已成為當前國內外應用得較多的一種地表水源規劃管理技術。河流型水源是我國平原地區主要的供水水源類型，盡管《飲用水水源保護區劃分技術規范》對二級保護區劃分提出了“二級保護區上游側邊界到一級保護區上游邊界的距離應大于污染物從GB 3838-2002Ⅲ類水質標準濃度水平衰減到Ⅱ類水質標準濃度所需的距離”等技術要求，但在實際劃分中很少應用。究其原因，主要在于實際河流的水流條件復雜，難以確定水質過渡區的長度，缺少有效的技術方法。